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2022-10-17
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5月9日動靜,北卡州立大學(xué)尹杰傳授團(tuán)隊和科羅拉多州立大學(xué)趙開國傳授和紐約市立大學(xué)蘇浩傳授團(tuán)隊互助,根據(jù)奇妙行使雙穩(wěn)態(tài)間的快速跳轉(zhuǎn)(snap-throughbistability),實現(xiàn)了能夠像獵豹一樣奔跑的快速奔馳軟機(jī)器人。身長約7厘米重量約50克,其速度可達(dá)每秒2.7個身長。與此同時該雙穩(wěn)態(tài)機(jī)制有多方面用處,既能夠?qū)崿F(xiàn)水下軟機(jī)器人的快速游動,速度可達(dá)每秒0.8個身長;又能夠適用于可調(diào)理抓力的軟機(jī)器人抓手(可抓取易碎的生雞蛋還可提起重達(dá)10公斤的啞鈴)。

北京時間5月9日,論文以”Leveragingelasticinstabilitiesforamplifiedperformance:Spine-inspiredhigh-speedandhigh-forcesoftrobots”為題揭橥正在ScienceAdvances上。

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軟機(jī)械人一般由比人體肌肉還要柔嫩的軟資料制作而成,經(jīng)由過程節(jié)制其柔嫩身體的變形來模擬自然界中各類軟體動物的活動,例如毛毛蟲,蛇、魚和水母等。和剛性機(jī)械人相比,軟機(jī)械人在柔性、靈活性、和安全性等方面皆具有上風(fēng)。可是與此同時,柔性資料還帶來了一些自然缺點,例如呼應(yīng)慢及氣力小等,因而大多軟機(jī)械人活動速度較為遲緩,介于每秒0.03至0.8個身長。自然界中蝸牛的匍匐速度為每秒0.1-0.2個身長,而獵豹的速度為每秒16個身長。若何讓軟機(jī)械人還能高速跑起來成為了一個亟待解決的題目。

圖1:柔性脊背軟機(jī)器人來模仿獵豹正在高速活動中脊背的蜿蜒和舒展。雙穩(wěn)態(tài)軟機(jī)器人設(shè)計圖。雙穩(wěn)態(tài)能量圖。

獵豹的脊背柔嫩且富有彈性,經(jīng)過拉伸背部肌肉來掌握脊背的快速蜿蜒和伸長,來實現(xiàn)高速奔馳。受此啟示,研討團(tuán)隊設(shè)計了柔性脊背軟機(jī)器人,脊背的變形由軟“身體”-氣動軟驅(qū)動器-來驅(qū)動。該驅(qū)動器有高低兩層氣道,正在充氣加壓后能夠雙向蜿蜒,進(jìn)而動員脊背的高低蜿蜒變形。為了實現(xiàn)脊背的快速活動,研討團(tuán)隊為脊背裝上了“肌肉”-預(yù)拉伸彈簧-來存儲能量,使其變身成為一個雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu):背部向上彎或向下彎代表兩種穩(wěn)固狀況;背部變直時,為失穩(wěn)狀況。當(dāng)往返擺動“身體”時,“肌肉”中的能量得以貯存和快速開釋,柔性脊背正在雙穩(wěn)態(tài)間往返突跳,進(jìn)而實現(xiàn)近似獵豹脊背的快速活動。團(tuán)隊將此機(jī)器人命名為LEAP高性能軟機(jī)器人。

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圖2:單穩(wěn)態(tài)無脊背軟機(jī)器人取雙穩(wěn)態(tài)脊背軟機(jī)器人LEAP軟機(jī)器人取各類機(jī)器人取植物的速度體重比照圖。LEAP軟機(jī)器人爬坡

快速水下軟機(jī)器人:當(dāng)為軟驅(qū)動器身后加裝一個柔性尾巴,經(jīng)過擺布擺動身體,能夠模仿魚的游動。以往研討標(biāo)明,驅(qū)動頻次越高,軟機(jī)器人游動速度越快,正在5Hz的驅(qū)動頻次下,最快速度可達(dá)0.7身長/秒。該研討表現(xiàn)縱然正在低頻驅(qū)動下,雙穩(wěn)態(tài)間的快速突跳使其速度還可高達(dá)每秒0.78個身長。

圖3.LEAP水下軟機(jī)器人示意圖。單穩(wěn)態(tài)取雙穩(wěn)態(tài)軟機(jī)器人速度比力。LEAP水下軟機(jī)器人取別的報導(dǎo)水下軟機(jī)器人速度驅(qū)動頻次比照。可調(diào)理抓力機(jī)械手

變剛度機(jī)器人抓手:根據(jù)實時調(diào)理彈簧中的拉力,機(jī)械手的剛度還能夠隨之轉(zhuǎn)變。基于此,該團(tuán)隊展現(xiàn)了能夠?qū)崟r轉(zhuǎn)變抓力的機(jī)械手。機(jī)械手既能夠抓取易碎的雞蛋,又能夠抓取不規(guī)則外形線圈,礦泉水,和直接抓取啞鈴等。

該事情操縱失穩(wěn)道理來放慢軟質(zhì)料的相應(yīng),理論上該道理還能夠推行到別的雙穩(wěn)態(tài)和多穩(wěn)態(tài)軟機(jī)構(gòu),和更小標(biāo)準(zhǔn)和活性質(zhì)料驅(qū)動器例如液晶彈性體,水凝膠,外形影象聚合物和電介質(zhì)彈性體等。驅(qū)動道理將不限于氣壓或水壓,可推行至相應(yīng)的外部刺激例如溫度、pH、光、電場和磁場等自立軟機(jī)器人。

團(tuán)隊簡介

該事情由北卡州立大學(xué)尹杰團(tuán)隊核心,取科羅拉多州立大學(xué)趙開國傳授、紐約市立大學(xué)蘇浩傳授和天普大學(xué)AndrewSpence傳授團(tuán)隊協(xié)作完成。通訊作者為尹杰傳授。該事情第一作者是尹杰團(tuán)隊的唐一超博士,別的作者有尹杰團(tuán)隊博士生赤銀鼎,科羅拉多州立大學(xué)SunJiefeng,紐約市立大學(xué)HuangTzu-Hao和天普大學(xué)MaghsoudiOmid。

包裝分揀機(jī)器人廠家

尹杰團(tuán)隊現(xiàn)在致力于機(jī)器超質(zhì)料,軟體機(jī)器人,和多功能界面質(zhì)料的研討。

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